Chương 3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC TÌM TÒI KHÁM PHÁ CHỦ ĐỀ “NƯỚC TRONG CUỘC SỐNG”
3.3. Tổ chức các hoạt động dạy học chủ đề Nước trong cuộc sống
3.3.3. Tiến trình dạy học cụ thể nội dung “Nước là gì”
Bài 1. Các trạng thái tồn tại của Nước Hoạt động 3.6.3.1 Tình huống xuất phát
Chuẩn bị: Hình ảnh về các trạng thái của nước; Phiếu học tập Phiếu học tập số 3.6.3.1
Quan sát và điền tên trạng thái của nước ở từng hình vào bảng dưới:
H4
H5 H6
Sự có mặt của nước thể hiện ở hình nào trên đây?
Hãy liệt kê tất cả những gì em biết về các trạng thái của nước và hoàn thành phiếu sau:
Điều đã biết (Know)
Điều muốn biết (Want)
Hình Tên Lỏng Rắn Khí
1
2 3 4 5 6
H1 H2 H3.
Phân tích hoạt động: Với tình huống đưa ra, HS sẽ sử dụng vốn kinh nghiệm để nhận biết và gọi tên các trạng thái của nước. Các thuật ngữ có thể sử dụng khác nhau, đặc biệt là thuật ngữ mô tả trạng thái của hơi nước ở thể khí và ở thể lỏng như: sương, mù, hơi nước, …. Điều này sẽ tạo ra sự tranh luận trong HS, từ đó có thể dẫn đến các hoạt động tìm tòi khám phá.
Những điều HS muốn biết về nước có thể là rất nhiều, tuy nhiên, việc phân nhóm các vấn đề cần NC sẽ tạo thuận lợi cho các hoạt động của HS,ví dụ :
- Nước tồn tại ở các trạng thái khác nhau, vậy đặc điểm, tính chất của các trạng thái đó có gì khác nhau, làm thế nào biết được điều đó ?
- Nước tồn tại ở các trạng thái khác nhau, vậy trong điều kiện nào nước chuyển trạng thái và quá trình chuyển trạng thái đó có điểm gì đặc biệt ?
- Nước ở thể lỏng có mặt ở mọi nơi, vậy bề mặt của nước khi đứng yên sẽ như thế nào, làm thế nào biết được điều này ?
Hoạt động 3.6.3.2. Thí nghiệm tìm hiểu đặc điểm về thể tích và hình dạng của nước ở ba trạng thái tồn tại
Chuẩn bị: Nước, nước đá, các loại bình đong có hình dạng khác nhau, xy lanh, bóng bay.
Phiếu học tập 3.6.3.2
TÌM HIỂU ĐẶC ĐIỂM VỀ THỂ TÍCH VÀ HÌNH DẠNG CỦA NƯỚC Ở BA TRẠNG THÁI TỒN TẠI
1. Hãy đề xuất các phương án để tìm hiểu đặc điểm về thể tích và hình dạng của nước ở trạng thái rắn, lỏng và khí.
STT Cách tiến
hành Dụng cụ Ưu nhược điểm Ghi chú 1
2
3 …………
Theo em, phương án nào là tối ưu nhất?
………
2. Tiến hành thí nghiệm, hãy so sánh hình dạng và thể tích của nước bằng cách điền vào bảng dưới đây.
Trạng thái Thể tích Hình dạng Rắn
Lỏng Khí
Phân tích hoạt động: Các hoạt động đề xuất với HS bao gồm đề xuất các phương án thí nghiệm để NC đặc điểm thể tích và hình dạng của nước ở các trạng thái khác nhau. Dự kiến các phương án và câu trả lời của HS sẽ đa dạng, ví dụ:
- Nước đỏ cú hỡnh dạng xỏc định nhưng khi để ra ngoài rất dễ ô chảy ằ ra.
- Cho cục nước đá to vào cốc, lúc đầu nó không thể lọt vào trong cốc, nhưng sau một thời gian, nú bị ôchảyằ ra và lọt vào trong cốc.
- Nước đá rất cứng, trong khi nước không phải như vậy.
- Cho nước vào các bình có hình dạng khác nhau, nó cũng sẽ có hình dạng khác nhau.
- Nước ở thể khí có thể bay trong không khí, ví dụ như sương, hơi nước từ ấm đun sôi, nấu cơm, hơi nước thoát ra.
Tuy nhiên, với các đặc tính nén được của khí (hơi nước) sẽ phải chấp nhận một điều là hơi nước có trong không khí. Việc ấn cần bơm, bóp bóng bay, … sẽ là kinh nghiệm để đề xuất phương án ấn pít tông của xy lanh. Từ phương án này, sẽ dẫn đến phương án với nước là nếu đổ đầy nước vào xy lanh và ấn pít tông của xy lanh.
Việc tiến hành thí nghiệm sẽ dẫn đến các kết luận:
- Nước đá: Có hình dạng, thể tích xác định
- Nước: có tính lỏng, chảy được, do đó không thể giữ được trong tay; có hình dạng của bình chứa; không nén được
Nước ở trạng thái khí (Hơi nước có trong không khí): Không có hình dạng, thể tích xác định; có thể nén được
Hoạt động trên, HS đã phải chấp nhận là không khí chứa hơi nước, tuy nhiên, lại không thể quan sát thấy chúng. Vậy, làm thế nào nhận biết được nước tồn tại ở trạng thái khí?
Hoạt động 3.6.3.3. TN nhận biết sự tồn tại nước ở trạng thái khí Chuẩn bị: Một cốc đựng nước chia độ
Phiếu học tập 3.6.3.3
THÍ NGHIỆM NHẬN BIẾT SỰ TỒN TẠI NƯỚC Ở TRẠNG THÁI KHÍ 1. Kể tên bốn hiện tượng chứng tỏ nước tồn tại ở trạng thái khí mà em biết.
2. Đối chiếu câu trả lời của em với các bạn trong nhóm
3. Đề xuất phương án thí nghiệm chứng tỏ nước có tồn tại ở trạng thái khí. (vẽ sơ đồ hoặc mô tả bằng lời)
4. Tiến hành thí nghiệm
Phân tích hoạt động: HS dễ nhầm lẫn nước ở trạng thái khí với hơi nước ở trạng thái lỏng và có lúc họ đã sử dụng cùng thuật ngữ để mô tả hai trạng thái này trong tự nhiên như sương, hơi nước, sương mù, …
Nước ở trạng thái khí không thể quan sát được và hơi nước có ở xung quanh chúng ta và thường, ta chỉ có thể nhận biết được khi hơi nước đó ngưng tụ, ví dụ, quần áo để lâu bị ẩm, đun nước, “hơi nước” đọng lại trên nắp vung nồi, …
Từ đó, dẫn đến thí nghiệm để nhận biết nước ở trạng thái khí, cần phải làm cho hơi nước ngưng tụ.
Khi hơi nước ngưng tụ thành nước ở thể lỏng, vậy bề mặt của nước trong cốc, bình, chai, lọ khi nước đứng yên sẽ có hình dạng thế nào là vấn đề cần tiếp tục NC đối với HS.
Hoạt động 3.6.3.4. TN quan sát bề mặt của nước Để tạo ra thách thức, câu hỏi sẽ được đặt ra với người học: Nếu đặt cốc nước trên mặt bàn nghiêng với các độ nghiêng khác nhau thì bề mặt của nước sẽ có hình dạng thế nào? Câu hỏi đó yêu cầu HS phải vẽ hình, so sánh các hình, từ đó dẫn đến thí nghiệm quan sát bề mặt của nước.
Phiếu học tập 3.6.3.4 TÌM HIỂU BỀ MẶT CỦA NƯỚC
1. Hãy vẽ hình dạng bề mặt của nước trong cốc khi đặt cốc nước nghiêng đi với các góc nghiêng khác nhau
2. Thảo luận với bạn về hình vẽ của mình 3. Tiến hành thí nghiệm và ghi (vẽ) lại kết quả
Phân tích hoạt động: Hoạt động yêu cầu HS huy động vốn kinh nghiệm và các quan niệm của HS về bề mặt của nước. Thông thường, HS cho rằng nước luôn có bề mặt song song mặt đáy cốc. Khi cốc nước nghiêng thì bề mặt của nước cũng nghiêng theo. Hoạt động thảo luận để so sánh các hình vẽ sẽ tạo ra các xung đột nhận thức. Tiến hành thí nghiệm và đối chiếu với hình vẽ ban đầu của HS sẽ tạo cơ hội cho người học thay đổi quan niệm. Như vậy, bề mặt của nước khi đứng yên luôn nằm ngang.
Nước ở trạng thái lỏng luôn có tính lỏng và có hình dạng, thể tích của bình chứa và khi đứng yên, bề mặt của nước nằm ngang.
Để nhận biết sự vững chắc trong quan niệm của HS, chúng tôi đưa ra phiếu đánh giá yêu cầu học sinh chỉ ra được các trạng thái tồn tại của nước.
Hoạt động 3.6.3.5. Hợp thức hóa, kết luận về các trạng thái tồn tại của nước Chuẩn bị: Phiếu đánh giá về các trạng thái tồn tại của nước
Sương mù
Phiếu học tập 3.6.3.5 Tô màu ứng với các trạng thái của nước ở mỗi ô
Qua hoạt động này, HS được củng cố kiến thức về các trạng thái tồn tại của nước, khắc phục được một số quan niệm sai lầm. Tuy nhiên, liên quan đến các trạng thái của nước, HS vẫn còn có nhiều điều muốn biết như tại sao nước lại tồn tại ở ba trạng thái?
Trong điều kiện nào thì nước chuyển trạng thái? Quá trình chuyển trạng thái của nước có những đặc điểm gì?....Những vấn đề đó HS sẽ tiếp tục hoạt động khám phá, tìm hiểu trong nội dung “Sự biến đổi trạng thái của Nước”.
Mưa đá
Hơi nước
Băng Mây
Nước sông
rivière Tuyết
Mưa Nước ở vòi
Băng
Nước ở trạng thái lỏng
Nước ở trạng thái khí
Nước ở trạng thái rắn
Bài 2. Sự biến đổi trạng thái của Nước
Hoạt động 3.6.3.6. Tình huống xuất phát Phiếu học tập 3.6.3.6 Quan sát vedeo clip về hiện tượng băng tan:
https://www.youtube.com/watch?v=KdxBMlX5Upw và các hình ảnh:
Tình trạng băng tan ở Nam cực và Bắc cực đang là vấn đề đáng lo ngại, được quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới
Băng tan thành từng mảng lớn làm ảnh hưởng tới tàu thuyền qua lại.
Động vật bị mất nơi cư trú Nước biển dâng cao xâm nhập sâu vào trong nội điạ gây ra hiện tượng nhiễm mặn……
Thảo luận nhóm và đặt ra những câu hỏi về sự biến đổi trạng thái của nước.
Phân tích tình huống: Từ tình huống xuất phát, HS sẽ mô tả đúng các trạng thái của nước từ những kiến thức đã học từ bài trước, đồng thời sẽ đặt ra các câu hỏi: tại sao lại hình thành băng? tại sao băng tan? khi nào thì băng được hình thành và khi nào băng tan? tại sao băng tan, nước biển lại dâng cao? tại sao tảng băng lại nổi trên mặt nước? từ đó, VĐ nảy sinh “Làm thế nào để nước có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác? Và trong điều kiện nào thì nước chuyển trạng thái? trong quá trình chuyển trạng thái, nước có đặc điểm gì? (về thể tích, khối lượng và nhiệt độ...)”. Từ đó, HS sẽ đề xuất các cách làm khác nhau cho sự chuyển thể từ lỏng sang rắn và ngược lại, từ lỏng sang khí và ngược lại.
Hoạt động 3.6.3.7. Thí nghiệm về sự nóng chảy và đông đặc của nước Nhiệm vụ a. Đề xuất phương án tìm hiểu sự nóng chảy và đông đặc
Phiếu học tập 3.6.3.7a
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NGHIÊN CỨU SỰ NÓNG CHẢY VÀ ĐÔNG ĐẶC CỦA NƯỚC
Thảo luận nhóm: Làm cách nào nước có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác? Và trong điều kiện nào thì nước chuyển trạng thái?
Tên quá trình Đề xuất phương án
Dụng cụ cần chuẩn bị Các bước tiến hành 1) Từ lỏng sang rắn
1) Từ rắn sang lỏng
Phân tích hoạt động: Trong hoạt động này, có thể có các phương án khác nhau được HS đề xuất như:
✓ cho nước vào tủ lạnh,
✓ lấy nước đá từ tủ lạnh để ra ngoài
✓ dùng nhiệt kế đo nhiệt độ, ...
Có thể HS cho rằng điều kiện để nước chuyển trạng thái (từ lỏng sang rắn) phụ thuộc:
✓ độ lạnh
✓ lượng nước cần làm lạnh
✓ hình dạng của bình chứa nước
✓ bản chất của bình chứa (bình kim loại, bình nhựa, bình xốp, ...)
Điều này là cơ hội để bồi dưỡng NLKH cho HS: xác định các tham số ảnh hưởng đến quá trình chuyển trạng thái; biết cô lập một biến (ví dụ, lượng nước) để tìm mối quan hệ nào ảnh hưởng tới quá trình chuyển trạng thái (ví dụ, nhiệt độ).
Tuy nhiên, trong tiến trình dạy học sẽ phải thay thế tủ lạnh bằng một “tủ lạnh” mini đủ cho các nhóm tiến hành thí nghiệm.
Để thực hiện được điều này, GV có thể gợi ý: Để quan sát rõ quá trình chuyển thể và điều kiện chuyển thể, có thể thay thế tủ lạnh bằng cách nào không?.
GV hướng dẫn làm “hỗn hợp làm lạnh” (gồm nước đá nghiền nhỏ trộn với hạt muối to theo tỉ lệ nước đá 3 phần thì muối 1 phần. Hỗn hợp này có thể cho phép đạt tới
nhiệt độ thấp nhất là -210C). Từ đó, có thể tiến hành thí nghiệm khảo sát quá trình nóng chảy đông đặc ở trên lớp học.
Nhiệm vụ b. Tiến hành TN khảo sát quá trình đông đặc Phiếu học tập 3.6.3.7b
THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC 1. Tiến hành thí nghiệm theo nhóm:
2. Ghi lại diễn biến của quá trình quan sát được bằng hình vẽ (hoặc bằng lời) và sự thay đổi nhiệt độ vào các bảng sau:
Bình 1:
Thời gian (phút) Nhiệt độ (độ C) Trạng thá của nước 5 phút
…
… Bình 2:
Thời gian (phút) Nhiệt độ (độ C) Trạng thái của nước 5 phút
…
… Bình 1:
Thời gian (phút) Nhiệt độ (độ C) Trạng thái của nước 5 phút
….
….
Phân tích hoạt động: Khi có hỗn hợp làm lạnh, quan sát hiện tượng diễn ra ở 3 bình sẽ cho thấy: điều kiện nước bắt đầu chuyển trạng thái ở 00C. Khi chuyển trạng thái từ lỏng sang rắn, nhiệt độ của nước giảm, sau khi nước đã đông đặc hoàn toàn, nhiệt độ của nước không giảm nữa. Hình dạng của bình, lượng nước chứa
trong bình hay vật liệu làm bình không làm thay đổi nhiệt độ, từ đó nước chuyển trạng thái, nó chỉ làm thay đổi thời gian để nước chuyển trạng thái mà thôi.
Khi tiến hành TN, HS có thể quan sát được cả sự thay đổi thể tích khi nước chuyển từ thể lỏng sang thể rắn. Do vậy, vấn đề nảy sinh tiếp theo là khi chuyển thể, thể tích và khối lượng của nước có thay đổi hay không? Làm thế nào biết được điều đó? Từ đó dẫn đến nhu cầu quan sát thể tích và so sánh khối lượng của nước ở trạng thái rắn và trạng thái lỏng.
Hoạt động 3.6.3.8. TN về sự bảo toàn khối lượng nước trong quá trình nóng chảy và đông đặc
Phiếu học tập 3.6.3.8
NGHIÊN CỨU SỰ BẢO TOÀN CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI TRẠNG THÁI
1. Có một chai nước để một thời gian trong tủ lạnh. Hãy vẽ hình dạng của chai nước lúc đầu và khi nước đã đông đặc trong chai. Từ đó có dự đoán gì về thể tích và khối lượng của nước khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn và ngược lại?
2. Thiết kế phương án để quan sát thể tích và so sánh khối lượng nước và nước đá khi nỏng chảy và đông đặc (viết hoặc vẽ)
- Cần có dụng cụ gì?
………
- Cách tiến hành TN như thế nào?
2. Vẽ sơ đồ dự đoán kết quả
………
3. Tiến hành thí nghiệm và vẽ kết quả thí nghiệm.
………
5. Kết luận
………
Phân tích hoạt động: Cũng như các hoạt động trước, yêu cầu HS huy động vốn kinh nghiệm trong đời sống để nhận biết liệu có sự thay đổi thể tích và hình dạng của nước khi sự nóng chảy và đông đặc hay không. Từ đó, thiết kế phương án thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm chứng tỏ sự bảo toàn chất trong quá trình chuyển
thể. Tuy nhiên, khi quan sát nước khi sôi, sau một thời gian thấy nước trong ấm cạn đi. Vậy điều này có đúng với quá trình đun sôi nước hay không? Điều gì xảy ra từ lúc bắt đầu đun nước cho đến khi nước sôi. Khi nước đã sôi, nếu tiếp tục đun thì nhiệt độ của nước có tăng lên nữa không?”
Hoạt động 3.6.3.9. Nghiên cứu sự sôi của Nước Phiếu học tập 3.6.3.9
NGHIÊN CỨU SỰ SÔI CỦA NƯỚC
1. Thảo luận nhóm thiết kế phương án TN để nghiên cứu sự sôi của Nước - TN cần có dụng cụ gì?
………
- Cách tiến hành TN như thế nào?
……….
2. Hãy tiến hành thí nghiệm và ghi lại các kết quả quan sát vào bảng sau và vẽ đồ thị:
Thời gian (phút) Nhiệt độ (độ C) Hiện tượng trên mặt nước
Hiện tượng trong lòng nước
3. Trao đổi kết quả để trả lời các câu hỏi:
- Nước tồn tại ở các trạng thái nào khi đun sôi?
...
- Ở nhiệt độ nào, nước sôi? Nhiệt độ của nước có thay đổi khi nước sôi hay không?
...
- Nếu đun nước rất mạnh (nhiều nhiệt) có phải nước sẽ tăng nhiệt độ sôi lên hay không?
- Tại sao nước trong ấm cạn đi khi đun nước sôi một thời gian?
Phân tích hoạt động: TN cho HS thấy rằng khi bắt đầu sôi, bong bóng trong lòng nước được hình thành, nước lỏng có thể nóng lên đến 1000C, quan sát thấy hơi nước (thể lỏng) gần với mặt nước, còn ra xa hơn thì không nhìn thấy nữa. Hoạt động này yêu cầu HS phải chuyển được các dữ liệu quan sát từ dạng văn bản sang đồ thị.
Vấn đề nảy sinh sự sôi của nước phụ thuộc vào những yếu tố nào? Có phải nước chỉ bay hơi khi được đun sôi (nhiệt độ cao) hay không? Hơi nước bay lên đã
“biến” đi đâu?
Vậy cần phải có hoạt động tìm tòi, khám phá tiếp để giải quyết những vấn đề nảy sinh ở trên.
Để kiểm tra nước có phải chỉ sôi ở 1000C hay còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nữa, GV dẫn dắt đễn hoạt động thí nghiệm nước sôi phụ thuộc vào áp suất.
Vấn đề nảy sinh là ở áp suất thấp và áp suất cao, nhiệt độ sôi của nước có thay đổi không?
Nhiệt kế
Nước Hơi nước không
nhìn thấy Sương mù
Bong bóng khí
Nguồn nhiệt
Hoạt động 3.6.3.10. Thí nghiệm nước sôi phụ thuộc vào áp suất Phiếu học tập 3.6.3.10
THÍ NGHIỆM NƯỚC SÔI PHỤ THUỘC VÀO ÁP SUẤT 1. Hãy tiến hành thí nghiệm theo nhóm theo các bước sau
Lấy một lọ đựng nước Dùng nút cao su bịt kín Dùng xi lanh hút hết không khí bên trong lọ
2. Quan sát hiện tượng xảy ra.
Sau đó lại dùng xy lanh bơm khí vào.
Nhận xét và rút ra kết luận.
HS luôn quan niệm nước phải đun đến 1000C mới sôi, khi tiến hành thí nghiệm, sẽ khắc phục được thêm một quan niệm thường ngày về sự sôi của nước, đó là nước có thể sôi ở nhiệt độ thấp hơn 1000C, sự sôi của nước phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt nước. Vậy, nếu ở áp suất cao thì nhiệt độ sôi của nước có lớn hơn 1000C hay không? Để kiểm tra vấn đề này, dẫn đến hoạt động tìm hiểu về hoạt động của nồi áp suất
Nồi áp suấtlà một dụng cụ nấu ăn bằng nước ở áp suất cao hơn nồi thông thường. Khi nấu nồi được vặn kín nắp để hơi nước không thể thoát ra ở một áp suất nhất định đã được chọn. Việc đậy nắp kín khiến cho trong nồi đạt hơi bão hòa và nước sôi ở nhiệt độ cao hơn điểm sôi ở điều kiện tiêu chuẩn, nghĩa là sôi ở nhiệt độ cao hơn 100 độ C